1、1带转换层的高层建筑结构设计摘要：本文结合设计实例对梁式转换层结构设计进行了浅要的分析与探讨。 关键词： 梁式转换层 设计要点 设计要求 引言 近年来，高层建筑不断增多，建筑立面，功能的转变也日趋复杂，尤其是在高层建筑和超高层建筑当中，其沿高度方向的建筑功能已经不再单一，往往是下部楼层及其裙楼用作商业等用途，而上部楼层则用作商务办公或者住宅等用途。由于这类综合性的建筑功能需求，给整个建筑结构体系提出了更高的要求，使我们建筑结构设计也越来越具有挑战性。象这样一类建筑上部是商务办公或者住宅楼层通常需要布置小开间的轴网，并且需要比较多的墙体来进行分隔；而下部的商业楼层则需要布置间距较大的柱网和比较少
2、的墙体分隔，以满足其对建筑空间的大型、灵活、自由的需求。于是，带转换高层建筑结构体系就此应运而生，并在工程实践中得到了长足的发展。而梁式转换，是此类建筑工程普遍采用的一种转换方式。本文结合工程设计实例对梁式转换层结构设计进行了分析与探讨。 1 工程实况 该工程共 31 层，地下 2 层，其中-1 层为半地下室，地上裙房 3 层，1 层、2 层高为 4.5 米，3 层层高均为 5.5 米，432 层高均为 3.0 米，2建筑物总高 101.5m。该工程地下二层为车库及平战结合的六级民防地下室，地下一层为大卖场及车库，一三层为商场，四三十一层为高级公寓。建筑抗震设防类别：为丙类；抗震设防烈度为 6
3、 度，设计基本地震加速度 0.05g；设计地震分组为第一组；场地类别为类。转换层设在第三层楼面。采用中国建筑科院编制的 2005 版 PKPM - SATWE 程序进行计算。 2 转换层型式的选择 各种形式转换层的优缺点详见表 1。 表一 转换层 优点 缺点 梁式转换层 设计和施工均较为简单。传力较为明确 当上下轴线错位布置时，需增设较多的转换次梁，空间受力较为复杂 箱式转换层 转换梁的约束强，刚度大整体工作效果好，上下部传力较为均匀，并且建筑功能上还可将其作为“设备层” 转换梁梁中开设备洞较多，施工复杂。且造价较高 厚板式转换层 下部柱网受上部结构布局影响较小，可灵活布置。厚板刚度很大，形成
4、性较好，而且施工也较为偏介 厚板自重很大，地震作用也大，容易产生震害。并且材料耗用多，经济性也较差 桁架式转换层 框框支柱柱顶弯矩和剪力比其他几种转换形式相对较小 施工复杂程度较高，且对于轴线错位布置时难度较大 结合工程实际建筑布局情况，并考虑经济指标及施工难易程度，经过技术经济比较后，决定工程采用梁式转换层结构型式。 33 结构设计要点 3.1 设计原则 高层建筑中转换层的设置造成建筑物竖向刚度的突变，地震作用时在转换层上下容易形成薄弱环节，对结构抗震不利，故转换层结构在设计时应遵循以下原则： 为防止沿竖向刚度变化过于悬殊形成薄弱层，设计中应考虑使上、下层刚度比 2，尽量接近 1。这样才能保
5、证结构竖向刚度的变化不至于太大，使上柱有良好的抗侧力性能，减少竖向刚度变化，有利于结构整体受力。上下层刚度比计算式如式 1 所示。 =（Gi+1Ai+1hi）/（GiAihi+1） （式 1） 式中： Gi、Gi+1第 i、i+1 层混凝土剪变模量 A i 、A i + 1 第 i 、i + 1 层折算抗剪截面面积（A=AW+0.12AC） ； AW在所计算的方向上剪力墙的全部有效截面面积； Ac全部柱的截面面积； hi、hi+1第 i、i+1 层的层高。 尽可能减少需结构转换的竖向构件，直接落地的竖向构件越多，转换结构越少，转换层造成的刚度突变就越小，对结构抗震更有利。 设计中应保证转换层有
6、足够的刚度，一般应使梁高度不小于跨度的 1/6，才能保证内力在转换层及其下部。构件中分配合理，转换梁、剪力墙柱有良好的受力性能，能较好地起到结构转换作用。 3.2 结构竖向布置 4高层建筑的侧向刚度宜下大上小，且应避免刚度突变 1 然而带转换层的高层建筑结构显然有悖于此，转换层上下等效侧向刚度比宜接近于1，不应大于 1.3。在设计过程中，应把握的原则归纳起来，就是要强化下部，弱化上部。可以采用的方法有以下几种： （1）与建筑专业协商，使尽可能多的剪力墙落地，必要时甚至可在底部增设部分剪力墙（不伸上去） 。除核心筒部分剪力墙在底部必须设置外，还与建筑专业协商后，让两侧各有一片剪力墙落地 1 这些
7、无疑都大大增强了底部刚度。 （2）加大底部剪力墙厚度。转换层以下剪力墙中，核心筒部分的厚度取为 600mm，其余部分的厚度取为 400mm。 （3）底部剪力墙尽量不开洞或开小洞，以免刚度削弱太大。 （4）提高底部柱、墙混凝土强度等级，采用 C50 混凝土（框支柱采用 C50 混凝土） 。 （5）适当减少转换层上部剪力墙数目，控制剪力墙厚度，并可在某些较长剪力墙中部开结构洞（结构施工完毕后再用填充墙填实） ，以弱化上部刚度。弱化上部刚度不仅对控制刚度比有利，还可减轻建筑物重量，减小框支梁承受的荷载；增大结构自振周期，减小地震作用力。 表二 件 名 称 梁柱 剪力墙 框支梁，框支柱及 1-6 层与
8、框支柱相连的框架梁 地下二层梁、柱 5裙房及地下一层框架梁、柱 地下二层 底部加强部位 非底部加强部位 转换层以下 转换层以上两层 抗震等级 特一级 三级 一级 三级 一级 一级 二级 工程综合采用上述几种方法后，转换层上下刚度比在 X 方向为0.725，在 Y 方向为 0.813，满足规范要求，效果良好。虽然上下部刚度比满足要求，但毕竟工程仍属于竖向不规则结构，转换层及其下各层为结构薄弱层，因而应将该两层的地震剪力乘以 1.15 的增大系数。 3.3 结构平面布局 工程底部为框架- 剪力墙结构，体型简单、规则；上部为纯剪力墙结构。在剪力墙平面布置上，东西向完全对称，南北向质量中心与刚度中心偏
9、差不超过 2m，结构偏心率较小。除核心筒外，其余剪力墙布置分散、均匀；且尽量沿周边布置，以增强抗扭效果。查阅计算结果，扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为 0.85，各层最大水平位移与层间位移比值不大于 1.3，均满足平面布置及控制扭转的要求。可见工程平面布局规则合理，抗扭效果良好。 4 转换构件设计要求 4.1 框支柱 框支柱截面尺寸一般系由其轴压比计算确定。地震作用下框支柱内力需调整。抗震设计时， 框支柱的柱顶弯矩应乘以放大系数，并按放大后的弯矩设计值进行配筋；剪力调整框支柱承受的地震剪力标准值应按下列规定采用；框支柱的数目不多于 10 根时，当框支层为 12 层时，每层每
10、根柱承受的剪力应至少取基底剪力的 2%；当框支层。为 3 6层及 3 层以上时，各层每根柱所受的剪力应至少取基底剪力的 3%；框支柱的数目多于 10 根时，当框支层为 12 层时，每层每根柱承受的剪力之和应取基底剪力的 20%；当框支层为 3 层及 3 层以上时，每层框支柱承受剪力之和应取基底剪力的 30%；框支柱剪力调整后，应相应调整框支柱的弯矩及柱端梁的剪力、弯矩，框支柱轴力可不调整。 框支柱全部纵向钢筋配筋率，抗震等级一级时不小于 1.2%，二级时不小于 1.0%，三级时不小于 0.9%，四级及非抗震设计时不小于 0.8%。纵向钢筋间距抗震设计时不大于 200mm，且不小于 80mm，全
11、部纵向钢筋配筋率不宜大于 4%。 4.2 框支梁 框支梁截面尺寸一般由剪压比控制，宽度不小于其上墙厚的 2 倍，且不小于 400mm；高度不小于计算跨度的 1 /6。工程框支梁梁宽统一定为 800mm。框支梁受力巨大且受力情况复杂，它不但是上下层荷载的传输枢纽，也是保证框支剪力墙抗震性能的关键部位，是一个复杂而重要的受力构件，因而在设计时应留有较多的安全储备，特一级抗震等级的框支梁纵筋配筋率不得小于 0.6%。框支梁在满足计算要求下，配筋率不小于 0.8%。框支梁一般为偏心受拉构件，梁中有轴力存在，因而应配置足够数量的腰筋。腰筋采用 16，沿梁高间距不大于 200mm，并且应可靠锚入支座内。框
12、支梁受剪很大，而且对于这样的抗震重要部位，更应强调“强剪弱弯”原则，在纵筋已有一定富余的情况下，箍筋更应加强。箍筋统一采用 14100 八肢箍全长加密，配箍率达到 1.53%。 结语 7针对梁式转换部分短肢剪力墙结构的高层建筑，上下刚度和质量不均匀，传力途径不直接，转换部位应力复杂的特点，着重研究了梁式转换层的设计方法，从转换梁尺寸选择、转换梁设计与构造要求、框支柱的设计和构造要求等方面阐述梁式转换层结构的设计、计算与构造要求，提供了切实可行的实践经验，对实际工程的设计具有一定的参考价值。 参考文献 【1】 中华人民共和国建设部（JGJ32010）高层建筑混凝土结构技术规程【s】. 【2】 中华人民共和国建设部（GB500ll2010）建筑抗震设计规范【s】 【3】 仰宗录. 转换层施工技术探讨J. 安徽建筑， 2011， （02）.
